작은 크기, 큰 잠재력: 향상된 ALD 밸브를 통해 반도체를 성공으로 이끄는 비결

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하나의 새로운 밸브. 반도체 제조 기술을 바꿀 수 있는 세 가지 이유.

Matt Ferraro

반도체 시장은 예측이 어려운 곳입니다. 반도체 웨이퍼(wafer) 제조사들은 값비싼 원료들과 부식성 가스, 극한의 온도 등 고도로 복잡한 공정에서 정밀성을 최고로 유지하기 위한 압박에 지속해서 놓여 있습니다. 특히 경쟁에 뒤처지지 않으려는 부담감과 빠르게 성장하는 기술에 대한 요구로 작은 오류 하나에도 매우 민감한 산업입니다.

반도체 장비 OEM도 비슷한 상황에 처해 있습니다. OEM 업체들이 장비의 효율성을 개선하고 경쟁사 제품과 설계에 차별성을 두기 위해 끊임없이 노력하기 때문에, 고객들은 좋은 품질의 제품을 발빠르게 만날 수 있는 것입니다. 아마 이들에게 더 중요한 것은 지속적으로 미래를 전망하여, 반도체 제조 공정과 투입물(예: 새로운 프리커서 가스)을 최적화함으로써, 반도체 제조사들이 차세대 칩 기술을 끊임없이 개발하고 경쟁할 수 있도록 하는 일일 것입니다.

새로운 대유량 UHP ALD 20 밸브에 대해 상세 보기

수년 동안 반도체 제조사들은 원자층 증착 (ALD, Atomic Layer Deposition) 공정을 향상시키는 것이 사업 성공의 핵심이라고 여겨왔습니다. 이 공정에서 가장 중요한 요소는 초고순도(UHP, UltraHigh-Purity) 밸브 이며, 이는 반도체 칩을 제조하는 데 필요한 증착 공정 동안 정확한 가스 투여량을 전달하기 위해 고도의 기술이 필용합니다. 이는 비교적 크기가 작은 부품이지만, 칩 생산 공정의 성패를 좌우하는 엄청난 영향력을 발휘합니다.

ALD 공정에서 사용하는 UHP 밸브는 일반 산업용 애플리케이션에서 볼 수 있는 밸브와 비교하면 상당히 고급 부품인데도 반도체 제조업체들은 여전히 온도 안정성과 최신 유량 등의 성능이 더 높은 제품을 추구합니다. ALD 밸브의 성능은 수년 동안 크게 변하지 않았지만, 반도체 산업 을 새로운 혁신과 생산성 단계로 끌어올리려면 확실한 변화는 분명히 필요합니다. Diagram: cooling of transmitted gases

성능의 개선

온도 안정성

UHP 밸브는 ALD 공정 중에 저증기압 가스가 조기 응고되지 않도록 반드시 고온을 유지해야 합니다. 기존 UHP 다이어프램 밸브의 엑츄에이터는 적절한 기능을 수행하기 위해서 단열되어야만 하지만, 가스 박스에 완전히 적용할 수 없는 경우가 많았습니다. 이는 밸브 구성 부품 간의 온도 차이를 발생시킬 수 있으며, 운송된 가스가 냉각될 수 있습니다. 그림 1은 이런 다양한 온도를 각기 다른 색으로 표현하고 있습니다.

특히 증착 전 기체 상태를 유지하기 위해 정밀한 온도 안정성을 요구하는 프리커서를 사용할 때, 원치 않는 잔여물이 쌓여 투여량이 균일해지지 않으면 문제가 됩니다. 반도체 시장에서는 반복성(Repeatability)이 중요하기 때문에, 변동성이나 불균일성을 최소화하는 것이 중요합니다.

유량

반도체 장비 OEM 및 제조사가 풀어야 할 또 다른 주요 과제는 ALD 공정에 적합한 기존 UHP 밸브의 유량이 제한적이라는 점입니다. 지금까지는 기존의 UHP 다이어프램 밸브로도 유량을 어느정도 대응할 수 있었지만, 밸브가 가열되면 이 유량은 감소할 수 있습니다. 밸브의 유량 성능을 끌어올리면 제조사의 반도체 웨이퍼 생산율을 향상시킬 수 있으며, 적어도 공정 유연성을 개선하여 프리커서 가스의 안전성 확보할 수 있기 때문에, 잠재적인 공정 수익을 올릴 수 있습니다.

실험 능력

현재 반도체 제조에서 해결해야 할 과제는 많지만, 미래 경쟁 우위 확보를 위해 새로운 공정과 유체를 실험해보는 과정 또한 필요합니다.

제조사가 극히 가벼운 프리커서 가스를 사용하여 현재의 마이크로칩 기술과 ALD 공정을 개선할 수도 있지만, 기존의 ALD 밸브 기술은 압력 강하 방지에 필요한 대유량을 일관적으로 제공하는 것이 어렵기 때문에, 저증기압 가스에 상 변화를 초래할 수 있습니다. 그림 2는 세 가지 다른 밸브에서 유량이 압력 강하에 미치는 영향을 나타냅니다.

제조사는 이런 저증기압 프리커서 가스를 사용하기 위해 유속을 충분히 늦출 수 있지만, 이로 인한 전체 시스템 효율성을 따져보면 수지타산이 맞지 않는 경우가 많습니다. 따라서 반도체 제조사가 경제적으로 손해보지 않으면서 미래에 대처하려면, 향상된 UHP 밸브 기술을 사용하는 것이 핵심입니다.

세 가지 과제, 하나의 솔루션

좋은 소식은 차세대 ALD 밸브 가 시장에 출시되었다는 것이며, 기존의 ALD 밸브 기술을 넘는 향상된 설계로 마이크로칩 제조의 눈부신 미래를 열어줄 수 있을 것이라 확신합니다. 이 믿음을 뒷받침하는 세 가지 근거는 다음과 같습니다.

1. 새로운 밸브는 가스 박스 안에 완전히 들어갑니다.

기존 ALD 공정보다 축적 (buildup) 혹은 증착 비균일성 (deposition inconsistencies) 위험을 줄임으로써 균일성이 핵심인 애플리케이션에 더욱 적합하도록 개발되었습니다. 새로운 ALD 밸브는 성능이나 투여 정확성을 유지하기 위해 엑츄에이터를 분리할 필요가 없도록 설계되었기 때문에, 전체 밸브를 200°C(392°F)까지 가열할 수 있습니다. 이는 반도체 제조사들이 차세대 ALD 밸브를 통과하는 가스가 어느 정도 균일한 온도에 노출될 것이라고 생각해도 된다는 뜻입니다. 그림 3은 다양한 온도를 보여주는 그림 1과 비교하여 이상적인 상태의 온도 안정성을 보여줍니다.

2. 유량은 더 높아질 수 있습니다.

반도체 산업 리더들은 청정성이나 부품 수명을 해치지 않고도 원하는 만큼 더 큰 유량을 달성할 수 있습니다. 기존의 밸브가 0.6 Cv의 유량 계수를 제공한다면, 새로운 밸브는 같은 공간(1.5 in)에서 두 배의 유량(1.2 Cv)을 제공하여 장비 제조업체가 교체나 그 밖의 공정에 상당한 변화를 주지 않아도 더 큰 결과를 제공할 수 있도록 합니다. 만약 좀 더 큰 크기(1.75 in)의 새로운 ALD 밸브를 사용하면, 유량을 기존의 ALD 밸브보다 약 세 배로 제공할 수 있으며 유량 계수를 1.7 Cv까지 달성할 수 있습니다.

이렇듯 유량이 상당히 향상된 이유는 새로운 ALD 밸브가 통상적인 다이어프램 설계가 아닌 벨로우즈(bellows) 설계를 기반으로 했기 때문입니다. 벨로우즈 밸브는 대유량이 가능하며, 새로운 ALD 밸브 안의 벨로우즈를 제조사들이 현재 시장에서 사용하는 다이어프램 밸브에 기대하는 UHP 성능에 부합시키기 위해 5 µ Ra로 고연마 처리하였습니다. 그림 4에서는 밸브 중심에 있는 벨로우즈를 볼 수 있습니다. 이 새로운 설계를 통해 최고 수명을 확보할 뿐만 아니라, 두 가지 밸브 기술의 최고 기능을 하나의 UHP 밸브로 통합할 수 있었습니다.

3. 향상된 성능으로 혁신이 가능해졌습니다.

혁신에 대해 항상 고민하는 반도체 산업 종사자라면, 이제 그 압박에서 조금 벗어날 수 있습니다. 반도체 제조업체들은 성능과 내구성이 강화된 새로운 ALD 밸브 기술을 활용하여 저증기압 프리커서 가스를 실험함으로써, 지금보다 더 성능이 좋은 재료를 원소주기율표에서 찾아볼 수 있게 되었습니다. 새로운 ALD 밸브는 일정한 온도를 유지하고 대유량을 허용할 뿐만 아니라, Alloy 22등의 고내식성 재질로 제조되어 문제가 되는 공식(Pitting corrosion)이나 틈새 부식(Crevice corrosion)에 대한 걱정 없이 강한 화학물질을 사용할 수 있도록 해줍니다.

산업 요구에 부합하는 더 나은 솔루션.

새로운 스웨즈락 released UHP ALD20 밸브를 사용하면 공정 효율성을 저하시키지 않으면서 고품질 증착이 가능합니다. 따라서 반도체 제조사에게는 시장을 바꿀 수 있는 훌륭한 구성요소인 셈입니다. 반도체 산업에서 제조사들 간의 경쟁은 멈추지 않을 것이며, 수요 또한 끊임없이 바뀔 것입니다.

스웨즈락에서 ALD20과 같은 고급 구성요소를 개발하고 장비 제조업체 및 장비업체에서 시스템 설계를 이에 맞춰 조정하는 것과 같이, 스웨즈락은 고객과 함께 차세대 기술을 이끌어나갈 수 있도록 끊임없이 혁신하고 지속적인 성장에 기여할 것입니다. 반도체 시장에 종사한다는 의미는 끊임없이 향상성을 위해 반복되는 길을 간다는 뜻이며, 스웨즈락은 이 여정을 고객과 함께 하겠습니다.

반도체 산업의 UHP 밸브 혹은 스웨즈락의 새로운 ALD 20 밸브에 대한 내용은 아래의 링크를 통해 자세히 보실 수 있습니다. 귀하의 애플리케이션에 최신 ALD 밸브 기술이 궁금하시면, 현지 판매 및 서비스 센터로 문의하십시오.